一种噻吩并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用

本发明涉及电致变色材料，尤其涉及一种噻吩并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电致变色材料因其颜色的多变性，加上其具有低能耗，在智能窗、显示器和军事伪装等方面具有应用前景。电致变色材料一般分为两类，一类是无机电致变色材料，还有一类是有机电致变色材料。无机类电致变色材料是最早研究的一类，其主要分为过渡金属氧化物和普鲁士蓝两大体系。一般来说，无机电致变色材料具有稳定性好、附着力强、器件耐用性好等优点，但显色范围窄，响应时间较慢，着色效率低，严重限制了它们的应用，尤其是在电致变色显示器件中的应用。而有机电致变色材料对比无机电致变色材料，具备响应速度快，颜色丰富多样，结构易修饰等优势。但是现阶段导电有机聚合物的人工成本费较高，需要花费的人力物力也较多，而一般所使用的的溶剂也大多数是油溶性的试剂，对环境不友好。

2、因此，如何能够结合无机电致变色材料与有机电致变色材料两者的优点，得到一个低成本、高性能的电致变色材料十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种噻吩并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用，解决现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种噻吩并吡咯二酮衍生物，所述噻吩并吡咯二酮衍生物的结构式：

4、

5、本发明还提供了一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺、亚硫酰氯混合，反应得到5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮；

7、(2)将5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮、4-溴三苯胺、醋酸钯、三(邻甲基苯基)磷、碳酸铯、甲苯混合，反应得到噻吩并吡咯二酮衍生物。

8、优选的，在上述一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法中，所述步骤(1)的具体过程：

9、先将3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺混合反应，得到沉淀物，然后将沉淀物与亚硫酰氯混合，得到5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮。

10、优选的，在上述一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法中，所述3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺混合反应的条件：温度为100～150℃，时间为16～28h；所述沉淀物与亚硫酰氯混合的条件：温度为100～150℃，时间为2～5h。

11、优选的，在上述一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法中，所述步骤(2)中反应的条件：气氛为氮气，温度为100～150℃，时间为16～28h。

12、优选的，在上述一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法中，所述步骤(1)中3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺、亚硫酰氯的摩尔体积比为1～5mol：4～7l：8～15l：3～7mol：15～25l。

13、优选的，在上述一种噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法中，所述步骤(2)中5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮、4-溴三苯胺、醋酸钯、三(邻甲基苯基)磷、碳酸铯、甲苯的摩尔体积比为0.5～3mol：2～5mol：0.1～0.3mol：0.1～0.3mol：2～4mol：20～40l。

14、本发明还提供了一种噻吩并吡咯二酮衍生物在电致变色薄膜中的应用。

15、优选的，在上述应用中，所述电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

16、将噻吩并吡咯二酮衍生物、硝基甲烷、三氟乙酸混合，经电沉积得到电致变色薄膜。

17、优选的，在上述应用中，所述噻吩并吡咯二酮衍生物、硝基甲烷、三氟乙酸的质量体积比为4～7g：4～9l：1～3l；所述电沉积的电压为-0.4～-0.2v。

18、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、(1)本发明中以5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮为受体，三苯胺为给体制备得到噻吩并吡咯二酮类衍生物tpa-tpd；5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮(tpd)具有共面刚性结构，并形成醌型噻吩-马来酰亚胺排列以稳定结构和激发态；同时三苯胺是一种良好的供电子分子，二者通过共轭实现变色目的。

20、(2)本发明通过质子化后在-0.4v～-0.2v的恒电压下电沉积制备薄膜，通过测试发现在0～1.5v的电压下能够实现黄色到蓝色的可逆颜色变化，该薄膜在443nm的着色时间和褪色时间分别为4.79s和8.8s，其光学对比度可达到12％，表现出较为良好的电致变色性能，表明该有机小分子材料在电致变色领域具有潜在的应用前景。

技术特征：

1.一种噻吩并吡咯二酮衍生物，其特征在于，所述噻吩并吡咯二酮衍生物的结构式：

2.权利要求1所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体过程：

4.根据权利要求3所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺混合反应的条件：温度为100～150℃，时间为16～28h；所述沉淀物与亚硫酰氯混合的条件：温度为100～150℃，时间为2～5h。

5.根据权利要求3或4所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应的条件：气氛为氮气，温度为100～150℃，时间为16～28h。

6.根据权利要求5所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中3,4-噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2-乙基己基胺、亚硫酰氯的摩尔体积比为1～5mol：4～7l：8～15l：3～7mol：15～25l。

7.根据权利要求6所述的噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中5-(2-乙基己基)-4h-噻吩[3,4-c]吡咯-4,6(5h)-二酮、4-溴三苯胺、醋酸钯、三(邻甲基苯基)磷、碳酸铯、甲苯的摩尔体积比为0.5～3mol：2～5mol：0.1～0.3mol：0.1～0.3mol：2～4mol：20～40l。

8.权利要求1所述的噻吩并吡咯二酮衍生物在电致变色薄膜中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述电致变色薄膜的制备方法，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述噻吩并吡咯二酮衍生物、硝基甲烷、三氟乙酸的质量体积比为4～7g：4～9l：1～3l；所述电沉积的电压为-0.4～-0.2v。

技术总结
本发明属于电致变色材料技术领域，公开了一种噻吩并吡咯二酮衍生物及其制备方法和应用。该噻吩并吡咯二酮衍生物的制备方法，包括以下步骤：将3,4‑噻吩二羧酸、乙酸酐、甲苯、2‑乙基己基胺、亚硫酰氯混合，反应得到5‑(2‑乙基己基)‑4h‑噻吩[3,4‑c]吡咯‑4,6(5H)‑二酮；将5‑(2‑乙基己基)‑4h‑噻吩[3,4‑c]吡咯‑4,6(5H)‑二酮、4‑溴三苯胺、醋酸钯、三(邻甲基苯基)磷、碳酸铯、甲苯混合，反应得到噻吩并吡咯二酮衍生物。本发明中基于5‑乙基己基‑4H‑噻吩(3,4‑c)吡咯‑4,6(5H)‑二酮(TPD)具有共面刚性结构，与给体三苯胺共轭实现变色目的。

技术研发人员：欧阳密,孔晨雯,张诚,花奇奇,张金路,崔凯圆,邓宇辰,李育飞
受保护的技术使用者：平湖市浙江工业大学新材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13